Экзамен / Билеты по биологии

и потоком энергии (природная экосистема). Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему.

Свойства биогеоценоза :

-естественная, исторически сложившаяся система; -система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определенном постоянном уровне; -характерен круговорот веществ;

-открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой — Солнце.

Основные показатели биогеоценоза:

•Видовой состав — количество видов, обитающих в биогеоценозе.

•Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

•В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

•Биомасса — количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на:

-биомассу продуцентов -биомассу консументов -биомассу редуцентов

•Продуктивность

•Устойчивость

•Способность к саморегуляции

Формы существующих взаимоотношений между организмами в биогеоценозах. 6 основных типов взаимоотношений:

•Взаимополезные (симбиоз, мутуализм)

•Полезнонейтральные (комменсализм) (нахлебничество, квартирантство, сотрапезничество)

•Полезновредные (хищничество, паразитизм, полупаразитизм)

•Взаимовредные (антагонизм, конкуренция)

•Нейтральновредные (аменсализм)

•Нейтральные (нейтрализм)

3. Эволюция биогеоценозов. Сукцессия экосистемы, ее виды и этапы.

Эволюция биогеоценоза базируется на эволюции отдельных популяций разнообразных организмов, а результатом ее является возникновение сообщества, включающего в себя новые виды, каждый из которых выполняет присущую только ему функцию в целостной системе. Сукцессия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза (фитоценоза, микробного сообщества и т.д.) другим на определённом участке среды во времени.

Виды.

Существует множество классификаций сукцессий, по показателям, способным меняться в ходе сукцессии или по причинам смен:

-по масштабу времени (быстрые, средние, медленные, очень медленные), -по обратимости (обратимые и необратимые),

-по степени постоянства процесса (постоянные и непостоянные), -по происхождению (первичные и вторичные),

-по тенденциям изменения продуктивности (прогрессивные и регрессивные), -по тенденции изменения видового богатства (прогрессивные и регрессивные), -по антропогенности (антропогенные и природные),

-по характеру происходящих во время сукцессии изменений (автотрофные и гетеротрофные).

Этапы.

В соответствии с трофической структурой биоценоза первостепенная роль в освоении новых местообитаний принадлежит растительным организмам. Развитие растительности в местообитаниях, где прежде растений не было, обозначают как первичную сукцессию, а в местах с предсуществовавшим, но разрушенным растительньм покровом — как вторичную. Сукцессия завершается климаксом — образованием сообщества, видовой состав которого в дальнейшем изменяется незначительно. Скорость сукцессии по мере приближения к состоянию климакса снижается. Процесс практически прекращается, когда добавление или исключение видов не приводит к изменению среды развивающегося биогеоценоза, т.е. между элементами биоценоза и физической средой по достижении климакса устанавливается равновесие.

4. Экология человека. Особенности экологии человека как биосоциальной науки. Ее методы и междисциплинарный характер.

Экология человека — комплексная эколого-социально-экономическая отрасль знаний, где все социальные, экономические и природные условия рассматриваются как одинаково важные составляющие среды жизни человека, обеспечивающие разные стороны его потребностей. -область науки, изучающую закономерности возникновения, существования и развития антропологических систем, которые представляют собой сообщество людей, находящееся в динамической взаимосвязи со средой и удовлетворяющее свои потребности.

Главной отличительной особенностью антропоэкологических систем по сравнению с природными экосистемами служит наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит абиотических факторов, доминирующая роль. Активностью сообществ людей на занимаемой территории определяется уровень воздействия их на окружающую среду. Развивающиеся сообщества, например, в период индустриализации, характеризуются наряду с ростом численности населения, увеличением потребностей его в продуктах питания, сырье, водных ресурсах, размещении отходов. Это повышает нагрузку на природную среду.

Экология человека включает: -социальную экологию;

-экологические опасные факторы (ЭОФ), включающие химические (химическое загрязнение среды), физические (электромагнитные, радиоактивные, вибрационные, шумовые, световые, тепловые), биологические (биологическое загрязнение, заражение среды, источником которого служат живые организмы и живые переносчики), механические (твердые отходы, мусор) факторы.

Методы экологии человека Собственные методы экологии можно разделить на три группы.

•Полевые методы – это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов естественной среды на естественные биологические системы и установить общую картину существования и развития системы.

•2. Лабораторные методы – это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы. Эти методы дают возможность получить приблизительные результаты, которые требуют дальнейшего подтверждения в полевых условиях.

•Экспериментальные методы – это методы, позволяющие изучить влияние отдельных факторов естественной или моделированной среды на естественные или моделированные биологические системы. Они применяются в сочетании как с полевыми, так и с лабораторными методами.

Кроме собственных методов экология широко использует методы материнских наук, таких, как биохимия, физиология, микробиология, генетика, цитология, гистология, физика, химия, математика и др.

5. Медицинская экология (предмет, задачи, методы). Экологически зависимые болезни, особенности их течения.

Медицинская экология — это комплексная научная дисциплина, рассматривающая все аспекты воздействия окружающей среды на здоровье населения с центром внимания на средовых заболеваниях.

МЕДИЦИНСКАЯ ЭКОЛОГИЯ (синоним медицинские аспекты антропоэкологии) - раздел антропоэкологии и направление в современной профилактической медицине, анализирующий связи и зависимость общественного здоровья и его нарушений от факторов окружающей природной, социальной и техногенной среды.

Медицинская экология пытается установить причину заболеваний в непосредственной связи с окружающей средой, при этом учитывается большое разнообразие экологических факторов, нозологических форм заболеваний и генетических особенностей человека. Физические, химические агенты — обычные загрязнители окружающей среды. Особенности образа жизни человека (злоупотребление алкоголем, курение) также могут быть включены в список факторов риска.

В современном мире крайне большое влияние на человека оказывает город. Поэтому медицинская экология тесно связана с экологией города, промышленной экологией. В XX веке стала возрастать доля хронических заболеваний, которые в настоящий момент преобладают. К ним следует отнести онкологические заболевания, заболевания соединительной ткани, иммунной системы, нейродегенеративные, аутоиммунные заболевания, эффект хронического утомления и др. Причин этому находят несколько: -Накопление в окружающей среде химических, чужеродных соединений (достигает 4 млн тонн ежегодно); -Истощение систем, отвечающих за обезвреживание токсических соединений (человеческий

организм в процессе эволюции выработал лишь специальные механизмы, необходимые для обезвреживания (детоксикации) вредных факторов внешней и внутренней среды). Индуктором заболевания у человека могут быть различные причины. С одной стороны, это генетические дефекты наследственного аппарата, проявляющиеся в виде пигментной ксеродермы, синдрома Дауна и др. С другой стороны, средовые воздействия в сочетании с

генетическими изменениями формируют огромное количество нозологических форм заболеваний. На основе этого можно сделать вывод, что рост числа хронических заболеваний во многом определяется факторами окружающей среды (абиотическими и биологическими). Согласно данным ВОЗ 75 % (на 2002 год) всех ежегодных смертей в мире обусловлено действием окружающей среды и неправильным образом жизни, 90 % всех злокачественных новообразований вызывается факторами окружающей среды и только 10 % — другими факторами. Анализ причин, приводящих к онкологическим заболеваниям показывает, что главные из них — экологически небезопасные продукты питания и курение.

6. Медицинская экология (предмет, задачи, методы). Биогеохимические провинции и экологические заболевания человека.

Медицинская экология (предмет, задачи, методы). (см. билет 5 начало) Биогеохимические провинции — это области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию в почвах, водах и осадочных отложениях химических элементов или их соединений, с которыми связаны биогеохимические эндемии у растений, животных и

человека. Известно более 30 химических элементов (литий, бор, углерод, азот, железо,магний, алюминий, кремний, фосфор, кальций и др.), по которым определяются биогеохимические провинции и аномальное содержание которых вызывает эндемии.

Выделяют следующие биогеохимические регионы биосферы, представляющие собой совокупности нескольких биогеохимических провинций:

1)таежно-лесной нечерноземный — биологические реакции организмов обусловлены недостатком кальция, фосфора, кабальта, меди, иода, бора, молибдена, цинка, достаточным, в некоторых случаях избыточным, количеством марганца, повышенным содержанием стронция, особенно в поймах рек. С недостатком кальция и фосфора, в частности, связаны истощение домашних животных и болезни костно-суставной системы у них, кобальта — снижение воспроизводства, мясной и шерстяной продуктивности, меди — анемия у крупного рогатого скота и овец, иода и кобальта — эндемичный зоб у человека и овец;

2)лесостепной, степной черноземный — биологические реакции организмов определяются достаточным, реже избыточным, количеством кальция, достаточным количеством кобальта, меди, иода, иногда недостатком калия, подвижного марганца и часто недостатком фосфора. Заболевания и биологические реакции, характерные для таежно-лесного нечерноземного региона, не встречаются;

3)сухостепной, полупустынный, пустынный — биологические реакции организмов связаны с повышенным содержанием натрия, кальция, хлоридов, сульфатов, часто бора, иногда молибдена, недостатком меди, иода, марганца, в некоторых случаях — избытком нитритов. Недостаток меди, избыток молибдена и сульфат-иона SO4 вызывают заболевания центральной нервной системы, нарушение координации движений у молодняка домашнего скота. Избыток бора ведет к некоторым болезням у человека, овец и верблюдов;

4)горные регионы — биологические реакции организмов разнообразны и определяются изменяющимися концентрацией и соотношением многих геохимических элементов. Среди заболеваний отмечаются различные эндемичные болезни, химическая и морфологическая изменчивость организмов, эндемичный зоб, гипо- и авитаминозы.

Примеры некоторых болезней Болезнь «минамата» — заболевание человека и животных, вызываемое соединениями ртути.

Установлено, что некоторые водные микроорганизмы способны переводить ртуть в

высокотоксичную метилртуть, которая по пищевым цепям увеличивает свою концентрацию и накапливается в значительных Болезнь «юшо» — отравление людей полихлорированными бифенилами (ПХБ). Известна в

Японии на производстве по очистке рисового масла в продукт попали бефинилы из холодильных агрегатов. Потом отравленное масло поступило в продажу в качестве корма для животных. Сначала погибло около 100 тыс. кур, а вскоре у людей появились первые симптомы отравления. Это выразилось в изменении цвета кожи, в частности потемнения кожи у детей, рожденных от матерей которые пострадали от отравления ПХБ. Поздней были обнаружены тяжелые поражения внутренних органов (печени, почек, селезёнки) и развитие злокачественных опухолей.

7. Окружающая среда. Среда обитания человека. Экологические факторы, их классификация.

Окружающий органический мир - составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов - основа существования биоценозов и популяций.

Среда - одно из основных экологических понятий, которое означает весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, все то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодействует. При этом организмы, приспособившись к определенному комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия, т.е. среду своего существования.

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном, меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Среда обитания организма - это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

Классификация факторов.

1.Факторы неживой природы (абиотические): климатические, атмосферные, почвенные и др.

2.Факторы живой природы (биотические) – влияние одних организмов на другие: со стороны растений (фитогенные), животных (зоогенные) и т. п.

3.Факторы человеческой деятельности (антропогенные): прямое влияние на организмы

(промысел) или косвенное – на местообитание (загрязнение среды).

Современные экологические проблемы и возрастающий интерес к экологии связаны с действием антропогенных факторов.

Существует классификация факторов степени адаптации к ним организмов по периодичности (смена суток, сезонов года, приливноотливные явления и т. п.) и направленности действия (потепление кли мата, заболачивание территорий и т. п.). Организмы легче всего адаптируются к четко изменяющимся факторам (строго периодические, направленные).

Адаптация к ним часто является наследственно обусловленной. Даже если фактор меняет периодичность, то организм продолжает некоторое время сохранять адаптацию к нему, действовать в ритме биологических часов (при смене часовых поясов). Наибольшие трудности для адаптации представляют факторы неопределенные, например антропогенные факторы. Многие из них выступают как вредные (загрязняющие вещества). Из быстроизменяющихся факторов большое беспокойство сегодня вызывают изменения климата (в частности, из-за парникового эффекта), изменение водных экосистем (из-за мелиорации и т. п.). В некоторых случаях по отношению к ним организмы используют механизмы преадаптаций, т. е. адаптаций, выработанных по отношению к другим факторам. Например, устойчивости растений к загрязнению воздуха в некоторой степени способствуют структуры, замедляющие процессы поглощения веществ, которые также благоприятны и для засухоустойчивости, в частности плотные покровные ткани листьев. Это нужно учитывать например при подборе видов для выращивания в районах с высокой промышленной нагрузкой, а также для озеленения городов.

8. Человек как объект действия экологических факторов. Адаптация человека к среде обитания.

Благодаря биосоциальной природе человека адаптации его к условиям обитания имеют отчасти биологическую, но главным образом социальную природу. В настоящее время преобладающее значение для освоения человеком новых сред обитания и создания лучших условий жизни в уже освоенных средах имеют социально-гигиенические мероприятия, результатом которых служит совершенствование средств и систем жизнеобеспечения, достижение состояния комфорта в местообитаниях людей. Адаптации создаются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Социально-гигиенические мероприятия, направленные на оптимизацию условий жизни и производственной деятельности, включают устройство жилищ и других помещений,

конструкцию одежды, организацию питания и водоснабжения, рациональный режим труда и отдыха, сознательно направленную тренировку организма и многое другое.

Воснове адаптации человека лежат социально-экономические механизмы, однако важная роль принадлежит также состоянию естественных приспособительных и защитных механизмов, составляющих биологическое наследство людей. Достаточно демонстративно эта роль выявляется при переходе в местообитания с экстремальными условиями, которые проявляются благодаря наличию на заселяемой территории экологического фактора или комбинации факторов, оказывающих на здоровье человека выраженное неблагоприятное действие.

Со временем у части людей функциональные показатели возвращаются к нормальному уровню. У других они остаются измененными по сравнению с исходными значениями, однако восстанавливаются работоспособность и самочувствие. В таких случаях говорят об акклиматизации людей к новым условиям обитания. Для растений и животных, перенесенных в необычную среду обитания, критерием акклиматизации служит их выживание, для людей

— восстановление высокого уровня трудоспособности. Изменение физиологических механизмов при акклиматизации нередко имеет сложный характер.

Вадаптациях человеческих популяций к новым экстремальным условиям, в которых они оказываются, огромную роль играет их исходный генетический полиморфизм. В каждой

популяции человека можно выделить разнородные конституциональные типы, отличающиеся друг от друга особенностями адаптации к новым условиям благодаря различиям их генотипических характеристик. Особенно отчетливо отличаются друг от друга типы «стайер» и «спринтер». Организм стайера довольно слабо приспособлен к выдерживанию мощных кратковременных нагрузок, однако после относительно короткой перестройки он способен переносить длительные равномерные воздействия экологических факторов в неадекватных условиях.

Тип «спринтер» может осуществлять мощные физиологические реакции в ответ на сильные, но непродолжительные воздействия экстремальными экологическими условиями. Длительное действие неблагоприятных факторов даже относительно небольшой интенсивности переносится спринтерами плохо. Наряду с этими крайними типами существует промежуточный вариант — «микст», характеризующийся средними адаптационными способностями.

Длительное существование групп людей на территориях, различающихся преобладающими климатическими, алиментарными и другими факторами, привело к образованию воспроизводящихся в ряду поколений комплексов признаков. Эти комплексы соответствуют экологическим типам людей и обусловливают более высокий уровень приспособленности к проживанию в определенной биогеографической среде за счет биологических механизмов.

9. Понятия об адаптивных типах. Характеристика основных адаптивных типов. Адаптивный тип - это норма реакции, независимо (конвергентно) возникающая в сходных условиях среды обитания, в популяциях, которые могут быть не связаны между собой генетически. Согласно этой гипотезе, достаточно четко выделяются несколько устойчивых комплексов биологических признаков.

Выделяют четыре основных адаптивных типа: арктический, континентальный, экваториальный и предгорный.

-Арктический адаптивный тип характеризуется усилением газообмена, высоким содержанием холестерина и иммунных белков в сыворотке крови, усиленной минерализацией скелета. Он представлен данными по описанию саамов, лесных ненцев, чукчей и эскимосов.

-Предгорный адаптивный тип, данные по которому получены на основе изучения предгорных таджиков. Отличается понижением газообмена и обезжиренной массой теласформировался этот тип, как реакция на влажный и холодный климат. Уменьшение содержания холестерина в сыворотке крови, высокое содержание иммунных белков, сильно минерализованный скелет - сформировался на недостаток кислорода.

-Континентальный адаптивный тип охарактеризован на основе описания морфофизиологических особенностей бурят. Отличается понижением удельного веса обезжиренной массы тела, значительным жироотложением, слабой минерализацией скелета, усилением белковых фракций сыворотки крови. Своеобразным признаком этого типа с морфофизиологической точки зрения является относительная коротконогость. В целом весь комплекс представляет собой сумму адаптаций к континентальному климату.

-Экваториальный адаптивный тип представляет собой аналогичную сумму адаптаций, но к тропическому климату, выраженный у бушменов, банту и индийских народностей. Его характерные черты – относительное увеличение поверхности испарения наряду с высоким содержанием иммунных и строительных белков в сыворотке крови, т.е. определенная адаптация к влажной жаре.

энергии человека и животных. Продукция этих систем используется для питания семей мелких фермеров и для продажи или обмена на местном рынке. Вторые связаны с крупными затратами химической энергии и машин. Продукты питания производятся здесь в количестве, превышающем местные потребности, и они вывозятся на продажу, играя важную роль в экономике.

В отличие от городов агроценозы, или сельскохозяйственные экосистемы, характеризуются основным компонентом — автотрофными организмами, которые обеспечивают их органическим веществом и выделяют кислород. От естественных биогеоценозов они отличаются следующими особенностями:

1.Кроме солнечной энергии для поддержания агроценозов необходимы затраты дополнительной энергии: химической в виде удобрений, механической в виде работы мышц человека и животных, а также энергии горючих материалов и электричества.

2.Видовое разнообразие организмов резко снижено и представлено отдельными сельскохозяйственными культурами, иногда даже только одной, с сорняками и вредителями сельскохозяйственных растений, а также ограниченным количеством видов домашних животных.

3.Доминирующие виды растений и животных находятся под контролем искусственного отбора. Агроценозы организуются таким образом, чтобы получать максимальное количество продуктов питания. В настоящее время около 10% свободной от льда суши занято пахотными землями, еще 20% используются как пастбища.

12. Современные концепции биосферы.

Термин биосфера – впервые был предложен Ламарком в 1802 году, а в 1875 Зюсс применил этот термин для обозначения живой оболочки земли. Учение о биосфере разработал Вернадский, который, биосферой назвал оболочку земли, в формировании которой живые организмы играют основную роль.

Биосфера — сложная многокомпонентная система, включающая всю живую и неживую природу. Она охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии.

В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ:

-Живое вещество — живые организмы, населяющие нашу планету.

-Косное вещество — неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы).

-Биогенное вещество — неживые тела, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.).

-Биокосное вещество — биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания и др.).

-Радиоактивное вещество — атомы радиоактивных элементов (например, уран (238U, 235U),

торий (232Th), радий (226Ra) и радон (222Rn, 220Rn), калий (40К), рубидий (87Rb), кальций

(Са), цирконий (96Zr), тритий (3Н), бериллий (7Ве, 10Ве) и углерод (14С) и др.

-Рассеянные атомы — отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультромикроэлементов: Mn, Co, Zn, Си, Аи, Нд и др.)

-Вещество космического происхождения — вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса (метеориты, космическая пыль).

13. Структура и функции биосферы. Границы биосферы.

Структура биосферы.

Газовая оболочка складывается в основном с азота и кислорода. В невеликих количествах в ей удерживается диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшая значимость имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, который участвует в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от твердого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной меры благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Биологический спектр структуры биосферы имеет ступенчатый характер: сообщество, популяция, организм, орган, клетка, ген.

Границы биосферы.

Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере. Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

Литосфера - это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50-200 км. Распространение жизни в ней ограниченно и резко уменьшается с глубиной. Подавляющее количество видов сосредоточено в верхнем слое, имеющем толщину в несколько десятков сантиметров. Некоторые виды проникают в глубину на несколько метров или десятков метров (роющие животные -- кроты, черви; бактерии; корни растений). Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3-4 км (в подземных водах и нефтеносных горизонтах). Распространению жизни в глубь литосферы препятствуют различные факторы. Проникновение растений невозможно из-за отсутствия света. Для всех форм жизни существенными препонами служат и возрастающие с глубиной плотность среды и температура. В среднем температурный прирост составляет около 3 °С на каждые 100 м. Именно поэтому нижней границей распространения жизни в литосфере считают трехкилометровую глубину, (где температура достигает около +100 °С). Гидросфера - водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озер и рек. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 12 км, были обнаружены разнообразные виды живых существ (животные, бактерии). Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150-200 м от поверхности. Это связано с тем, что до такой глубины проникает свет. А следовательно, в более низких горизонтах невозможно существование растений и многих видов, зависящих в питании от растений. Распространение организмов на больших глубинах обеспечивается за счет постоянного «дождя» экскрементов, остатков мертвых организмов, падающих из верхних слоев, а также хищничества. Гидробионты обитают как в пресной, так и в соленой воде и по месту обитания делятся на 3 группы: